三菱M701F4級燃機的汽機旁路控制在DCS系統中的實現

陳 昭,許 震

（杭州華電江東熱電有限公司，浙江杭州,10000）

三菱M701F4級燃機的汽機旁路控制在DCS系統中的實現

陳 昭,許 震

（杭州華電江東熱電有限公司，浙江杭州,10000）

介紹了三菱M701F4級燃機的汽機旁路自動控制在國產DCS系統中實現的控制策略、模式切換、調試與運行參數，并分析了一些問題。

三菱燃機 M701F4； 汽機旁路； 控制策略

0 引言

某廠熱電聯產項目1號機組為三菱M701F4型單軸燃氣蒸汽聯合循環機組，包括一臺日本三菱公司M701F4級工業重型燃氣機組，一臺東方電氣集團公司的蒸汽輪機發電機組，一臺杭州鍋爐集團公司的余熱鍋爐和相關的輔助系統。機組控制系統采用分島控制方式。機島控制范圍包括燃機、蒸汽輪機、發電機及其輔助系統，簡稱TCS，采用三菱的DIASYS Netmation系統；爐島包括余熱鍋爐和輔助系統，簡稱DCS，采用南自公司生產的maxDNA控制系統。汽機旁路控制系統設計在maxDNA系統中，TCS中參與旁路控制的信號通過硬接線與DCS實現通訊。汽輪機旁路的主要作用在于利用其啟動功能 ,降低機組啟動過程中的熱應力 ,縮短啟動時間 ,回收工質 ,從而降低機組啟動和運行成本（1），以及配合機組整體響應，保證在甩負荷、跳閘等特殊工況下機組的穩定和安全。

圖1 高旁最小壓力設定曲線

圖2 中旁最小壓力設定曲線

1 汽輪機旁路控制策略

本廠設計了旁路控制系統的手動控制模式、手動設定值控制模式以及自動設定控制模式。根據三個運算回路又分別命名為：最小壓力控制模式、后備壓力控制模式、實際壓力控制模式。

1.1 最小壓力控制模式

1.1.1 最小壓力控制判斷

在高旁全自動投入下，當燃機點火成功后，若主汽壓力大于4.8MPa，或點火后主汽壓大于0.5MPa并超過點火時刻主汽壓值的0.3MPa以上，則高旁進入最小壓力控制；在中旁全自動投入下，當燃機點火成功后，若中壓主汽壓大于1.25MPa，或點火后中壓主汽壓大于0.3MPa并超過點火時刻的中壓主汽壓值的0.1MPa，則中旁進入最小壓力控制；在低旁全自動投入下，當燃機點火成功后，若低壓主汽力壓大于0.15MPa，或點火后低壓主汽壓大于0.1MPa并且超過點火時刻的低壓主汽壓值的0.01MPa，則低旁進入最小壓力控制。

除上述判斷點外，各旁路后備壓力控制模式和實際壓力控制模式的投入都將撤出最小壓力模式。高、中、低旁路投入最小壓力控制模式后，壓力設定值分別跟隨由機組負荷計算出的壓力設定值曲線，如圖1,2,3。

1.1.2 最小壓力模式下的升速率控制

旁路在最小壓力模式下，對蒸汽壓力設定值曲線增加了限速模塊以配合系統合理升溫升壓。TCS根據機組啟動時的參數，將機組啟動狀態分為冷、溫、熱三態。冷、溫、熱三種模式下的高旁升壓速率曲線分別是由壓力設定值充當變量的三組分段函數，如表1：

圖3 低旁最小壓力設定曲線

圖4

圖5

低旁升壓速率固定在0.02MPa/Min。

隨著機組負荷上升，最小壓力控制模式下的旁路壓力設定值隨著升壓曲線并通過速率限制回路的作用緩緩上升。高、中、低旁路設定值速率閉鎖增定值分別為0.2MPa，0.1MPa和0.03MPa。

1.2 后備壓力控制模式

在旁路全自動投入下，當TCS判斷高/中壓主汽調門壓力控制模式投入，則高、中旁分別投入后備壓力控制模式；當低壓主汽調門壓力控制模式投入，則低旁投入后備壓力模式。此時，若有旁路實際壓力控制模式投入，則撤出相應旁路的后備壓力控制。旁路后備壓力控制模式投入后，主汽壓設定值分別根據當前實際壓力通過一個函數得出（高旁圖4，中旁圖5，低旁圖6），函數輸出的壓力設定值在實際壓力以上，但設置高限，高限在機組主汽壓力設計值以上、安全值以下。

1.3 實際壓力控制模式

高、中旁全自動投入下，當機組跳閘或燃機熄火，或高壓主汽調閥程控關閉則高、中旁投實際壓力控制模式；低旁全自動投入下，當機組跳閘或燃機熄火，或低壓主汽調閥程控關，則低旁投實際壓力控制模式。

旁路在投入實際壓力控制模式后，壓力設定分別跟隨投入時刻的高、中、低壓機前主汽壓力，以盡量保壓，提高能效。實際壓力控制模式投入后，若TCS發出機組重啟命令，則復位實際壓力控制模式，投入最小壓力控制模式，高、中、低旁壓力設定分別跟隨各自最小壓力控制模式下的升壓曲線。

1.4 特殊工況下的旁路動作

旁路基于機組安全等因素還設計了幾種特殊工況下的控制，并優先于PID控制回路的指令。如在汽機已進汽做功的工況下，機組觸發跳閘時，旁路閥指令開至60%，以防蒸汽超壓，保證機組安全。在旁路快開的特殊工況下，減溫水PID調節無法快速響應，需要單獨考慮減溫水控制策略。因此，為防止超溫，根據旁路和減溫水容量，設計有減溫水快開控制。

1.5 旁路后減溫水控制

高壓主汽經過高旁減溫減壓后通向冷再熱器，高旁減溫水取自中壓給泵出口管道，溫控由高旁減溫水調門單回路PID控制實現；中壓主汽經過中旁減溫減壓后通向凝汽器，中旁后減溫水取自凝結水管道，溫控由中旁減溫水調門單回路PID控制實現。除此之外，還增加了特殊工況下旁路開至60%時，減溫水調門也開至50%，以防再熱器或中旁后超溫危及機組安全或觸發旁路保護關導致系統超壓。

通過低壓旁路至凝汽器的蒸汽設計溫度較低，因此無減溫設置。

2 調試及運行中的優化

（1）旁路各個模式下的壓力設定曲線的設計基于汽機壓力設計初值，綜合考慮設備實際情況和試驗后進行了適當的優化，得到前述參數。

（2）旁路在甩負荷等特殊工況下快速開啟的閥位和相應減溫水調閥開度，是根據機組旁路容量及蒸汽實際流量分析計算得出，基本滿足安全性的要求。后續經過機組長時間的運行及啟停，可通過分析機組各負荷段的各項參數及閥門特性進行優化。

（3）鍋爐中壓汽包容量較小，因中壓主汽壓力波動引起的中壓汽包虛假水位現象比較嚴重。特別是停機過程中，旁路切至實際壓力控制模式后，旁路壓力設定值鎖定原機前壓力，由于高壓缸進汽減少而高壓主蒸汽壓力上升，高旁逐漸開啟，此時再熱器壓力跟著快速升高，中壓汽包液位明顯下壓；隨著再熱器壓力快速升高，并超過中旁鎖定的原中壓主汽壓力，導致中旁PID輸出增大，開閥泄壓，而隨著再熱蒸汽壓力快速下降，尤為明顯的出現了中壓汽包水位大幅升高的虛假現象。基于此，對中壓汽包水位自動控制進行了優化，以防止停機或其他特殊工況下汽包水位超出安全范圍。

3 總結

經過調試和長期運行后發現，以上介紹的控制能滿足三菱M701F4型單軸燃氣蒸汽聯合循環機組的快速啟停及正常運行對汽機旁路的要求，并保證了甩負荷等特殊工況下機組的安全性。

[1]樊印龍,王函弘.北侖電廠二期工程汽輪機帶旁路啟動中幾個問題的探討[J].浙江電力,2000(5)

[2]張華磊.超臨界機組旁路控制系統調試分析[J].浙江電力，2009（2）:84-86.

陳昭（1986-01），男，浙江浦江人，助理工程師，從事發電廠熱控技術工作。

Realization of Turbine By pass Control of Mitsubishi M701F4 Gas Turbine in DCS System

Chen Zhao,Xu Zhen
(Hangzhou Huadian Jiangdong Thermal Power Co.,Ltd.,China，310000)

This paper introduces the control strategy, mode switching,commissioning and operation parameters of Mitsubishi M701F4 gas turbine engine in the domestic DCS system,and analyzes some problems.

Mitsubishi M701F4;turbine bypass;control strategy

圖6